專利名稱：一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種地表水防滲結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
開采地表變形區(qū)是地表水下滲的良好通道，是地表水淹井災(zāi)害的重要隱患點。一般，地表水枯竭，地勢開闊的地區(qū)，可采用攔堵抽排、改變渠道流向繞避開采區(qū)等措施；而地質(zhì)條件復(fù)雜，溝谷縱橫，溝道下切嚴(yán)重的地區(qū)，無法采用繞避措施，因而必須對工作面上的排導(dǎo)渠進(jìn)行特殊的抗變形防滲設(shè)計。開采區(qū)建筑物抗變形措施的關(guān)鍵技術(shù)是要滿足地基的穩(wěn)定性和基礎(chǔ)的整體性，并在基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)間采用“防滑層”，為上部結(jié)構(gòu)消除水平剪力而滿足變形要求，此設(shè)計理念為溝道地表水防滲結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了參考意義和理論依據(jù)?，F(xiàn)如今，開采區(qū)建筑物的占地范圍小、設(shè)計集中且地基易處理，上部結(jié)構(gòu)的形式靈活多變；而礦區(qū)溝道的地表水防治沿線長，地質(zhì)條件又復(fù)雜多變，所設(shè)置的排導(dǎo)渠結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)為一體且其滿足溝道排洪的設(shè)計要求，但目前對溝道地表水的防滲設(shè)計研究尚屬空白。綜上，因開采地下礦產(chǎn)會引發(fā)地表變形、塌陷，洪水期常會造成淹井災(zāi)害，危害十分嚴(yán)重，因而為了更好地服務(wù)于礦山開采，需對礦山溝道的地表水防滲結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡 單、設(shè)計合理且施工方便、使用效果好，采用剛?cè)峤Y(jié)合抗變形的防滲結(jié)構(gòu)，不僅具有足夠的剛度、強度和承載力，而且還具有變形適應(yīng)性能，能有效輸出洪水期礦山溝道洪水，并且能防止洪水沿開采通道灌入礦井，造成淹井災(zāi)害。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征在于:鋪設(shè)在礦山溝道的溝體內(nèi)且在礦山溝道發(fā)生變形破壞之前用以保證地表水順利流出的剛性層、布設(shè)在剛性層下方且當(dāng)剛性層發(fā)生變形破壞后對礦山溝道進(jìn)行防滲處理的防滲層以及分別布設(shè)在防滲層上下方的上柔性層和下柔性層，所述防滲層平鋪于下柔性層和上柔性層之間；所述剛性層、上柔性層、下柔性層和防滲層均沿溝道縱向延伸方向由前至后鋪設(shè)在礦山溝道內(nèi)，且剛性層、上柔性層、下柔性層和防滲層的橫斷面形狀均與礦山溝道溝體的橫斷面形狀相同。上述一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征是:所述剛性層為混凝土層。上述一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征是:所述上柔性層和下柔性層均為碎石墊層、砂石墊層或由多個砂袋拼裝組成的柔性排水墊層。上述一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征是:所述防滲層為土工布。上述一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征是:所述礦山溝道的溝體底部還設(shè)置有剛性支撐網(wǎng)，所述剛性支撐網(wǎng)沿溝道縱向延伸方向由前至后鋪設(shè)在礦山溝道的溝體內(nèi)，且下柔性層布設(shè)在所述剛性支撐網(wǎng)上。[0009]上述一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征是:所述剛性支撐網(wǎng)為由多根角鋼拼裝組成的角鋼網(wǎng)。上述一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征是:所述剛性支撐網(wǎng)的網(wǎng)格為方形網(wǎng)格，且所述方形網(wǎng)格的尺寸為(30cm±5cm) X (30cm±5cm)。上述一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征是:所述砂袋的形狀為長方體，且所述砂袋的長度方向與礦山溝道的溝道縱向延伸方向一致。上述一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征是:所述砂袋的尺寸為(50cm±8cm) X (30cm±5cm) X (30cm±5cm)。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:1、結(jié)構(gòu)簡單、投入成本較低且施工方便，設(shè)計合理，結(jié)合開采沉陷分析、流域分析、洪水計算、泥石流災(zāi)害分析等多學(xué)科的理論和方法對礦山溝道的地表水防滲結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。實際施工時，本實用新型沿礦山溝道的縱向延伸方向鋪設(shè)在礦山溝道內(nèi)，且其橫斷面形狀與礦山溝道溝體的橫斷面形狀相同。2、結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，采用剛?cè)峤Y(jié)合抗變形的防滲結(jié)構(gòu)，剛?cè)岵?，可抵?0%變形不滲漏。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，地面塌陷和裂縫對排導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加應(yīng)力復(fù)雜多樣，但對排導(dǎo)渠(即礦山溝道)自身的穩(wěn)定性來講，主要受重力、剪應(yīng)力和拉應(yīng)力的影響。因此，在排導(dǎo)渠底部設(shè)置持力層(即角鋼網(wǎng))，防止排導(dǎo)渠受地表變形而發(fā)生垮塌，祛除重力影響，保證防滲結(jié)構(gòu)仍有排水的比降關(guān)系；其次，將以往剛性排導(dǎo)渠渠身改為柔性，不僅使排導(dǎo)渠自身具有支撐作用，還可抵御和吸收部分變形；另外，設(shè)置有高強度的抗拉防滲層，能有效防止地表水下滲，抵抗部分剪應(yīng)力及拉應(yīng)力?？傊緦嵱眯滦筒粌H滿足足夠的剛度、強度和承載力，還具有一定適應(yīng)變形的性能，保證排導(dǎo)渠的完整性和有效性。實際使用過程中，剛性層(即混凝土層)起著提高防滲結(jié)構(gòu)總體和單個構(gòu)件強度的作用，能增強結(jié)構(gòu)自身承·受采動附加內(nèi)力的能力。并且，混凝土層地勢平整，承載力較大，溝道比降3%，滿足地表水在正常情況下排出開采區(qū)的條件；同時，由于混凝土層的厚度小，當(dāng)其抗剪強度小于附加應(yīng)力而發(fā)生破裂變形時，不影響下部結(jié)構(gòu)的作用功能。另外，底部角鋼網(wǎng)在地形穩(wěn)定時平鋪于溝道的底部穩(wěn)定層上，類似邊界條件，約束排導(dǎo)渠基底變形；而地表變形時，角鋼網(wǎng)互相搭接，逐漸形成凹形橋梁式骨架，提高排導(dǎo)渠的抗變形能力和支撐力，保障上部結(jié)構(gòu)的整體性。經(jīng)計算，角鋼網(wǎng)具有30kPa 50kPa的承載力，撓度為10°。柔性層是將排導(dǎo)渠的整體分割成若干獨自受力和變形的單元體，以抵抗和適應(yīng)地表變形對結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的附加應(yīng)力和附加變形。柔性層的目的是降低地表變形對結(jié)構(gòu)的影響程度。柔性層由兩層砂袋砌成，為防滲結(jié)構(gòu)的主體，在地表穩(wěn)定期，砂袋具有一定的承載力，支撐排導(dǎo)渠渠身以及保證上部剛性層順利排水；而當(dāng)?shù)乇戆l(fā)生變形時，其滿足了整體化局部的作用效果，將排導(dǎo)渠整體轉(zhuǎn)化為若干獨自受力和變形的單元體，防止結(jié)構(gòu)整體變形破壞，同時砂袋異向同性的受力特征，以及較高的承載力抵御了地表變形產(chǎn)生的附加應(yīng)力和附加變形，最大程度上保障了排導(dǎo)渠結(jié)構(gòu)的完整性，減小了對防滲土工布的磨損。防滲層采用高強度抗拉防滲土工布，每隔Im折疊30cm，地表變形導(dǎo)致上部剛性層破壞時，防滲層起著良好的防滲和排導(dǎo)功能，當(dāng)?shù)乇碜冃纬叽绯^一定范圍時，排導(dǎo)渠渠身穩(wěn)定度降低，防滲土工布利用30%的軸向變形能力以及較強的抗拉性質(zhì)，最大限度的保障洪水不能大量涌入井中，完成短期的洪水排出作用。[0019]綜上，剛性層、柔性層以及防滲層相輔相成共同作用，其結(jié)構(gòu)形式簡單，施工方便，各部分緊密結(jié)合整體化一，當(dāng)?shù)乇碜冃螘r，底部角鋼網(wǎng)起主要支撐和提高結(jié)構(gòu)整體的作用，中間柔性層是結(jié)構(gòu)主體，最大限度吸收和抵御部分變形，防滲層不僅具有防止大量洪水涌入井中的作用，還可抵抗30%的變形，各部分相互支撐、互相牽制，形成剛?cè)岵币徊豢傻膽B(tài)勢。本實用新型中的頂部混凝土層和底部角鋼網(wǎng)為剛性層；混凝土層提高了排導(dǎo)渠的局部剛度，保證穩(wěn)定期水流的順利排出；底部角鋼網(wǎng)由角鋼焊接而成，角鋼自身屬于剛性結(jié)構(gòu)，由于將角鋼互相焊接形成角鋼網(wǎng)，每隔5m進(jìn)行80cm IOOcm的搭接，這樣，原本剛性材料擴展為可伸縮材料，保障了地表變形時結(jié)構(gòu)的整體性，增大了排導(dǎo)渠線性工程的支撐能力和軸向抗變形能力。柔性層由砂袋砌成結(jié)構(gòu)主體，位于混凝土層和角鋼網(wǎng)之間，在下部角鋼網(wǎng)的支撐作用下，成為維系整個排導(dǎo)渠自身強度，并最大限度的吸收和抵御部分變形的重要載體。防滲層介于兩層砂袋間，采用高強度抗拉防滲土工布，上部剛性層發(fā)生破壞時，土工布在砂袋的支撐和保護(hù)作用下起到了良好的防滲排水作用，具備30%的變形效率。因而，本實用新型滿足了抵御和吸收附加應(yīng)力、附加變形的基本要求，保證了地表水在采動應(yīng)力、應(yīng)變作用下順利排出礦區(qū)。3、使用效果好，能有效輸出洪水期礦山溝道洪水，并能防止洪水沿開采通道灌入礦井，造成淹井災(zāi)咅。綜上所述，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理且施工方便、使用效果好，采用剛?cè)峤Y(jié)合抗變形的防滲結(jié)構(gòu)，不僅具有足夠的剛度、強度和承載力，而且還具有變形適應(yīng)性能，能有效輸出洪水期礦山溝道洪水，并且能防止洪水沿開采通道灌入礦井，造成淹井災(zāi)害。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中A處的局部放大示意圖。
附圖標(biāo)記說明:I一礦山溝道； 2—防滲層；3_1—下柔性層；3-2—上柔性層；4 一剛性層；5—角鋼網(wǎng)。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，本實用新型鋪設(shè)在礦山溝道I的溝體內(nèi)且在礦山溝道I發(fā)生變形破壞之前用以保證地表水順利流出的剛性層4、布設(shè)在剛性層4下方且當(dāng)剛性層4發(fā)生變形破壞后對礦山溝道I進(jìn)行防滲處理的防滲層2以及分別布設(shè)在防滲層2上下方的上柔性層3-2和下柔性層3-1，所述防滲層2平鋪于下柔性層3-1和上柔性層3-2之間。所述剛性層4、上柔性層3-2、下柔性層3-1和防滲層2均沿溝道縱向延伸方向由前至后鋪設(shè)在礦山溝道I內(nèi)，且剛性層4、上柔性層3-2、下柔性層3-1和防滲層2的橫斷面形狀均與礦山溝道I溝體的橫斷面形狀相同。本實施例中，所述剛性層4為混凝土層。實際使用時，所述混凝土層能有效提高礦山溝道I的局部剛度，保證穩(wěn)定期(即礦山溝道I發(fā)生變形破壞之前)水流的順利排出。實際施工時，考慮到礦山溝道I與其所處基礎(chǔ)為一體，且修筑斷面面積小，受附加應(yīng)力比較集中，因而要采用足夠的剛性強度來滿足礦山溝道I抗變形能力的可能性很小，因此剛性層4采用厚層C15混凝土澆注成型的混凝土層，保證地表水流順利輸出，并防止地表水下蝕。所述上柔性層3-2和下柔性層3-1均為碎石墊層、砂石墊層或由多個砂袋拼裝組成的柔性排水墊層。本實施例中，所述上柔性層3-2和下柔性層3-1均為由多個砂袋拼裝組成的柔性排水墊層。實際施工時，所述上柔性層3-2和下柔性層3-1也可以采用其它類型的柔性排水墊層。實際使用時，所述下柔性層3-1具有支撐防滲層2和抵御附加應(yīng)力、附加變形功能的作用；上柔性層3-2具有一定的承載力，且其具有支撐礦山溝道I的整個溝體、減少防滲層2的損壞等功能。本實施例中，所述防滲層2為土工布，具體是高強度抗拉防滲土工布。實際施工時，所述防滲層2也可以采用其它防滲材料。實際施工時，將土工布置于上下兩層砂袋中間，每隔Im將土工布折疊30cm，兩側(cè)翼需進(jìn)行完全壓緊，防止土工布收縮。本實施例中，所述砂袋的形狀為長方體，且所述砂袋的長度方向與礦山溝道I的溝道縱向延伸方向一致。所述砂袋的尺寸為(50cm±8cm)X (30cm±5cm) X (30cm±5cm)。本實施例中，所述砂袋的尺寸為50cmX 30cmX 30cm。實際施工時，可根據(jù)具體需要，對所述砂袋的尺寸進(jìn)
行相應(yīng)調(diào)整。同時，所述礦山溝道I的溝體底部還設(shè)置有剛性支撐網(wǎng)，所述剛性支撐網(wǎng)沿溝道縱向延伸方向由前至后鋪設(shè)在礦山溝道I的溝體內(nèi)，且下柔性層3-1布設(shè)在所述剛性支撐網(wǎng)上。本實施例中，所述剛性支撐網(wǎng)為由多根角鋼拼裝組成的角鋼網(wǎng)5。實際加工時，可以根據(jù)具體需要，采用其它類型的剛性支撐網(wǎng)。所述剛性支撐網(wǎng)的網(wǎng)格為方形網(wǎng)格，且所述方形網(wǎng)格的尺寸為(30cm±5cm) X(30cm±5cm)。本實施例中，所述剛性支撐網(wǎng)的網(wǎng)格為方形網(wǎng)格，且所述方形網(wǎng)格的尺寸為30cmX30cm。實際施工時，可根據(jù)具體需要，對所述方形網(wǎng)格的尺寸進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。實際對角鋼網(wǎng)5進(jìn)行焊接時，將焊接所用的角鋼每隔5m進(jìn)行80cm IOOcm的搭接，這樣，原本剛性材料(即角鋼)擴展為可伸縮材料，保障了地表變形時結(jié)構(gòu)的整體性，增大了礦山溝道I的支撐能力和軸向抗變形能力。實際使用過程中，自然環(huán)境下礦山溝道I使用剛性層4進(jìn)行排水，下柔性層3-1用來抵御礦山溝道I因地下開采而產(chǎn)生的附加應(yīng)力及附加變形，防滲層2在剛性層4遭到破壞后起排水作用；所述角鋼網(wǎng)5不僅能對整個整個礦山溝道I進(jìn)行支撐，并且角鋼網(wǎng)5也能滿足礦山溝道I的變形要求。實際使用時，所述上柔性層3-2和下柔性層3-1為本實用新型的主體機構(gòu)，二者位于所述混凝土層和角鋼網(wǎng)5之間，且上柔性層3-2和下柔性層3-1在下部角鋼網(wǎng)的支撐作用下，成為維系整個礦山溝道I的自身強度，并最大限度吸收和抵御礦山溝道I所發(fā)生變形的重要載體。另外，實際使用過程中，當(dāng)剛性層4發(fā)生破壞時，土工布在下柔性層3-1的支撐和保護(hù)作用下起到了良好的防滲排水作用，具備30%的變形效率。綜上，本實用新型滿足了抵御和吸收附加應(yīng)力、附加變形的基本要求，保證了地表水在采動應(yīng)力、應(yīng)變作用下 能夠順利排出礦區(qū)。[0042]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實用新型技術(shù)方 案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括鋪設(shè)在礦山溝道(I)的溝體內(nèi)且在礦山溝道(I)發(fā)生變形破壞之前用以保證地表水順利流出的剛性層(4)、布設(shè)在剛性層(4)下方且當(dāng)剛性層(4)發(fā)生變形破壞后對礦山溝道(I)進(jìn)行防滲處理的防滲層(2)以及分別布設(shè)在防滲層(2)上下方的上柔性層(3-2)和下柔性層(3-1)，所述防滲層(2)平鋪于下柔性層(3-1)和上柔性層(3-2)之間；所述剛性層(4)、上柔性層(3-2)、下柔性層(3-1)和防滲層(2)均沿溝道縱向延伸方向由前至后鋪設(shè)在礦山溝道(I)內(nèi)，且剛性層(4)、上柔性層(3-2)、下柔性層(3-1)和防滲層(2)的橫斷面形狀均與礦山溝道(I)溝體的橫斷面形狀相同。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述剛性層(4)為混凝土層。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述上柔性層(3-2)和下柔性層(3-1)均為碎石墊層、砂石墊層或由多個砂袋拼裝組成的柔性排水墊層。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述防滲層(2)為土工布。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述礦山溝道(I)的溝體底部還設(shè)置有剛性支撐網(wǎng)，所述剛性支撐網(wǎng)沿溝道縱向延伸方向由前至后鋪設(shè)在礦山溝道(I)的溝體內(nèi)，且下柔性層(3-1)布設(shè)在所述剛性支撐網(wǎng)上。
6.按照權(quán)利要求5所述的一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述剛性支撐網(wǎng)為由多根角鋼拼裝組成的角鋼網(wǎng)(5)。
7.按照權(quán)利要求5所 述的一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述剛性支撐網(wǎng)的網(wǎng)格為方形網(wǎng)格，且所述方形網(wǎng)格的尺寸為(30cm±5cm) X (30cm±5cm)。
8.按照權(quán)利要求3所述的一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述砂袋的形狀為長方體，且所述砂袋的長度方向與礦山溝道(I)的溝道縱向延伸方向一致。
9.按照權(quán)利要求8所述的一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述砂袋的尺寸為(50cm±8cm) X (30cm±5cm) X (30cm±5cm)。
專利摘要本實用新型公開了一種礦山溝道用地表水防滲結(jié)構(gòu)，包括鋪設(shè)在礦山溝道溝體內(nèi)且在礦山溝道發(fā)生變形破壞之前用以保證地表水順利流出的剛性層、布設(shè)在剛性層下方且當(dāng)剛性層發(fā)生變形破壞后對礦山溝道進(jìn)行防滲處理的防滲層以及分別布設(shè)在防滲層上下方的上柔性層和下柔性層，所述防滲層每隔1m折疊30cm鋪設(shè)于下柔性層和上柔性層之間；剛性層、上柔性層、下柔性層和防滲層均沿溝道縱向延伸方向由前至后鋪設(shè)在礦山溝道內(nèi)。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理且施工方便、使用效果好，采用剛?cè)峤Y(jié)合抗變形的防滲結(jié)構(gòu)，不僅具有足夠的剛度、強度和承載力，且具有變形適應(yīng)性能，能有效輸出洪水期礦山溝道洪水，并能防止洪水沿開采通道灌入礦井造成淹井災(zāi)害。
文檔編號E02B5/02GK203129094SQ20132015437
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月30日
發(fā)明者王念秦, 劉曉玲, 彭建兵, 薛瑤瓊, 馮鑫, 韓波, 王慶濤, 李少兵, 劉博濤, 焦旭鵬, 李明, 魏精銳, 龐琦 申請人:西安科技大學(xué)